本書以無機材料的物理性能為主要研究對象，并適當延伸至聚合物等材料，介紹了材料的力、熱、光、電、磁的功能轉換性能及其發(fā)展，材料各種性能的重要原理及微觀機制，材料成分、組織結構與性能的關系及主要制約規(guī)律；闡述了溫度、壓力、電場、磁場、化學介質、力場等環(huán)境條件下材料物理性能的穩(wěn)定性及其變化過程；介紹了與物理性能相關的特殊材料，并重點介紹了現代功能材料。本書可作為高等院校，尤其是應用型本科院校的無機非金屬材料、金屬材料、高分子材料與工程和材料物理、材料化學等專業(yè)的教材，也可供相關工程技術人員參考。
材料科學是關于利用初級物質構造具有一定功能和使用價值的新物質的科學，主要內容是研究關于成分、合成加工、組織結構與材料性能四者之間的相互關系，其任務是采用科學和經濟的方法，設計、合成、制備出具有優(yōu)異使用性能的材料。粗略統計，在數十萬種龐大的材料家族中，95%以上是通過各種手段人工合成或改性過的再制品。按使用性能大體可分為以利用其強度、剛度等力學性能為主的結構材料和以利用物理、化學、生物效應為主的功能材料兩大類。進入21世紀以來，材料科學與技術發(fā)生了巨大的變革。人們可以利用基礎科學和信息技術提供的知識和工具，在物質結構更深的層次上，重新認識傳統材料中的某些重大科學問題和關鍵技術，更精確地設計、合成新材料；更準確地控制、預測其性能，材料科學與技術必將步入前所未有的歷史發(fā)展新階段。全球至今尚未出現貫穿從基礎理論、高科技到產業(yè)化過程的知識體系。因此理解和掌握金屬、陶瓷和高分子材料中的共性科學規(guī)律、構成新的知識系統，是搶占全球制高點的新挑戰(zhàn)。材料在不同的條件下具有獨特的力、電、磁、熱、光、聲等功能，涉及不同層次的組織演化與性能之間的關系。這些關系是材料技術科學的主線和核心，是材料與器件功能多樣性的基礎，是各種材料設計與制備的共同基礎，是創(chuàng)新材料制造科學體系的基礎。
《材料物理性能》于2006年由華東理工大學出版社出版，于2018年8月再版，作為全國90余所高校材料類專業(yè)本科教材或研究生教學參考書，其使用量已超過17000冊，受到廣泛認同。近年來，材料物理性能研究發(fā)展迅速，光電功能材料、介電材料、壓電材料、超導材料、紅外材料、光纖材料和信息存儲材料的發(fā)展更是突飛猛進。2022年，根據2021年江蘇省高等學校重點教材項目要求，為適應材料物理專業(yè)的發(fā)展，編者對《材料物理性能（第二版）》進行了修訂。本次修訂主要針對材料物理性能的綜合應用，與實際相結合增加實際案例�！恫牧衔锢硇阅埽ǖ谌妫窂牟牧峡茖W理論出發(fā)并結合工程實際應用，進一步強化多學科知識的交叉與滲透，介紹材料力學、熱學、磁學、介電和光學性能，評價材料的各種性能指標，講述材料性能指標的測定原理與方法，分析各種內在因素和外在因素對材料各項性能的影響。在內容選取上注重實踐、突出應用，使學生能夠掌握材料的性能特點、影響因素、檢測技術以及實際應用，培養(yǎng)學生探索精神與創(chuàng)新能力。為正確選擇和合理使用材料提供可靠的性能依據，充分發(fā)揮材料性能潛力，也為研制新材料，改進和發(fā)展加工工藝，以及零件或器件的失效分析等方面提供堅實的理論基礎和工程應用知識。本書由吳其勝教授、蔡安蘭教授、張霞副教授負責全書再版修訂與統稿工作，溫永春博士和杜建周博士也參與了修訂。具體分工如下：吳其勝教授修訂緒論、第１章；蔡安蘭教授修訂第２章、第４章；杜建周博士修訂第３章；溫永春博士修訂第５章；張霞副教授修訂第６章。在修訂與再版過程中，編者收集了眾多師生的寶貴意見，并參考了大量的資料文獻，在此向廣大的師生讀者及文獻的作者們表示衷心感謝。本書涉及的知識面較廣，限于編者學識水平有限，書中不足與不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。本次修訂特別增加了與教材可以配套使用的多媒體動畫演示電子資源，師生讀者可以通過手機掃描書中二維碼獲取。編 者2023年4月
緒論 １
１ 材料的力學性能 ６
本章內容提要 ６
１．１ 應力及應變 ７
１．１．１ 應力 ７
１．１．２ 應變 ８
１．２ 彈性形變 １１
１．２．１ 胡克定律 １１
１．２．２ 彈性形變的機理 １２
１．２．３ 彈性模量的影響因素 １３
１．２．４ 無機材料的彈性模量 １５
１．２．５ 復相的彈性模量 １６
１．３ 材料的塑性形變 １８
１．３．１ 晶體滑移 １９
１．３．２ 塑性形變的位錯運動理論 ２０
１．３．３ 應力狀態(tài)軟性系數 ２３
１．４ 滯彈性和內耗 ２４
１．４．１ 黏彈性和滯彈性 ２４
１．４．２ 應變松弛和應力松弛 ２４
１．４．３ 松弛時間 ２５
１．４．４ 無弛豫模量與弛豫模量 ２７
１．４．５ 模量虧損 ２７
１．４．６ 材料的內耗 ２８
１．５ 材料的高溫蠕變 ２８
１．５．１ 蠕變曲線 ２８
１．５．２ 蠕變機理 ２９
１．５．３ 影響蠕變的因素 ３１
１．６ 材料的斷裂強度 ３３
１．６．１ 理論斷裂強度 ３４
１．６．２�。桑睿纾欤椋罄碚� ３５
１．６．３ Ｇｒｉｆｆｉｔｈ微裂紋理論 ３６
１．６．４�。希颍铮鳎幔罾碚� ３７
１．７ 材料的斷裂韌性 ３７
１．７．１ 裂紋擴展方式 ３７
１．７．２ 裂紋尖端應力場分析 ３８
１．７．３ 幾何形狀因子 ３８
１．７．４ 斷裂韌性 ３９
１．７．５ 裂紋擴展的動力與阻力 ４０
１．８ 裂紋的起源與擴展 ４０
１．８．１ 裂紋的起源 ４０
１．８．２ 裂紋的快速擴展 ４１
１．８．３ 影響裂紋擴展的因素 ４２
１．９ 材料的疲勞 ４２
１．９．１ 應力腐蝕理論 ４３
１．９．２ 高溫下裂紋尖端的應力空腔作用 ４３
１．９．３ 亞臨界裂紋生長速率與應力場強度因子的關系 ４４
１．９．４ 根據亞臨界裂紋擴展預測材料壽命 ４４
１．９．５ 蠕變斷裂 ４５
１．１０ 顯微結構對材料脆性斷裂的影響 ４５
１．１０．１ 晶粒尺寸 ４６
１．１０．２ 氣孔的影響 ４７
１．１１ 提高材料強度及改善脆性的途徑 ４８
１．１１．１ 金屬材料的強化 ４８
１．１１．２ 陶瓷材料的強化 ５１
１．１２ 材料的摩擦及磨損 ５５
１．１２．１ 摩擦 ５５
１．１２．２ 摩擦的機理 ５６
１．１２．３ 磨損 ５６
１．１２．４ 磨損試驗 ５７
１．１２．５ 耐磨性 ５８
１．１３ 復合材料及其力學性能 ５８
１．１３．１ 復合材料的分類 ５８
１．１３．２ 連續(xù)纖維單向強化復合材料的強度 ６０
１．１３．３ 短纖維單向強化復合材料 ６２
１．１３．４ 碳纖維復合材料 ６３
１．１３．５ 碳纖維的結構與分類 ６４
１．１３．６ 碳纖維復合材料工藝 ６４
１．１３．７ 碳纖維復合材料的應用 ６５
１．１４ 材料的硬度 ６６
１．１４．１ 硬度的表示方法 ６６
１．１４．２ 硬度的測量 ６７
１．１５ 高分子材料的力學性能 ６９
１．１５．１ 低強度和較高的比強度 ６９
１．１５．２ 高彈性和黏彈性 ６９
１．１５．３ 高耐磨性 ７０
１．１５．４ 相對分子質量依賴性 ７０
１．１６ 多孔陶瓷材料及其性能 ７０
１．１６．１ 多孔陶瓷孔隙的形成 ７１
１．１６．２ 多孔陶瓷材料制備技術 ７２
１．１６．３ 多孔陶瓷材料性能 ７３
１．１７ 水泥混凝土的結構與力學性能 ７５
１．１７．１ 混凝土孔結構的分類 ７５
１．１７．２ 混凝土強度與孔結構的關系 ７６
１．１７．３ 混凝土水化產物及其影響 ７６
習題 ７７
２ 材料的熱學性能 ８０
本章內容提要 ８０
２．１ 熱學性能的物理基礎 ８０
２．２ 材料的熱容 ８２
２．２．１ 熱容的基本概念 ８２
２．２．２ 晶態(tài)固體熱容的有關定律 ８３
２．２．３ 材料的熱容及其影響因素 ８５
２．３ 材料的熱膨脹 ９０
２．３．１ 熱膨脹的概念及其表示方法 ９０
２．３．２ 固體材料的熱膨脹機理 ９１
２．３．３ 熱膨脹和其他性能的關系 ９２
２．３．４ 多晶體和復合材料的熱膨脹 ９４
２．３．５ 陶瓷制品表面釉層的熱膨脹系數 ９８
２．３．６ 高分子材料的熱膨脹 ９９
２．４ 材料的熱傳導 １００
２．４．１ 固體材料熱傳導的宏觀規(guī)律 １００
２．４．２ 固體材料熱傳導的微觀機理 １０１
２．４．３ 影響熱導率的因素 １０４
２．４．４ 某些無機材料實測的熱導率 １１０
２．４．５ 高分子材料的熱導率 １１１
２．５ 材料的熱穩(wěn)定性 １１２
２．５．１ 熱穩(wěn)定性的表示方法 １１２
２．５．２ 熱應力 １１２
２．５．３ 抗熱沖擊斷裂性能 １１４
２．５．４ 抗熱沖擊損傷性能 １１８
２．５．５ 提高抗熱震性的措施 １１９
２．６ 高分子材料的耐熱性和熱穩(wěn)定性 １２０
２．６．１ 耐熱性和熱穩(wěn)定性的基本要求及評價 １２０
２．６．２ 提高高分子材料耐熱性和熱穩(wěn)定性的途徑 １２１
習題 １２１
３ 材料的光學性能 １２３
本章內容提要 １２３
３．１ 光傳播的基本性質 １２３
３．１．１ 光的波粒二象性 １２３
３．１．２ 光與固體的相互作用 １２５
３．２ 光的反射和折射 １２６
３．２．１ 反射定律和折射定律 １２６
３．２．２ 材料的反射系數及其影響因素 １２７
３．２．３ 光的全反射 １２８
３．２．４ 影響材料折射率的因素 １２８
３．２．５ 晶體的雙折射 １２９
３．３ 材料對光的吸收和色散 １３１
３．３．１ 吸收系數與吸收率 １３１
３．３．２ 光的吸收與波長的關系 １３２
３．３．３ 光的色散 １３５
３．４ 光的散射 １３６
３．４．１ 散射的一般規(guī)律 １３６
３．４．２ 彈性散射 １３７
３．４．３ 非彈性散射 １３７
３．５ 材料的不透明性與半透明性 １３８
３．５．１ 材料的不透明性 １３８
３．５．２ 材料的乳濁性 １４０
３．５．３ 材料的半透明性 １４１
３．５．４ 材料的顏色 １４２
３．５．５ 材料的著色 １４３
３．６ 電光效應、光折變效應、非線性光學效應 １４４
３．６．１ 電光效應及電光晶體 １４４
３．６．２ 光折變效應 １４７
３．６．３ 非線性光學效應 １４９
３．７ 光的傳輸與光纖材料 １５０
３．７．１ 光纖發(fā)展概況和基本特征 １５０
３．７．２ 光纖材料的制備 １５１
３．７．３ 光纖的應用 １５２
３．８ 材料的發(fā)光 １５３
３．８．１ 激勵方式 １５３
３．８．２ 材料發(fā)光的特性 １５４
３．９ 固體激光器材料及其應用 １５５
習題 １５８
４ 材料的電導性能 １５９
本章內容提要 １５９
４．１ 電導的物理現象 １５９
４．１．１ 電導率與電阻率 １５９
４．１．２ 電導的物理特性 １６０
４．２ 離子電導 １６１
４．２．１ 載流子濃度 １６１
４．２．２ 離子遷移率 １６２
４．２．３ 離子電導率 １６３
４．２．４ 離子電導率的影響因素 １６６
４．２．５ 固體電解質ＺｒＯ２ １６７
４．３ 電子電導 １６８
４．３．１ 電子遷移率 １６８
４．３．２ 載流子濃度 １６９
４．３．３ 電子電導率 １７１
４．３．４ 電子電導率的影響因素 １７３
４．４ 金屬材料的電導 １７６
４．４．１ 金屬電導率 １７６
４．４．２ 電阻率與溫度的關系 １７７
４．４．３ 電阻率與壓力的關系 １７９
４．４．４ 冷加工和缺陷對電阻率的影響 １８０
４．４．５ 電阻率的各向異性 １８２
４．４．６ 固溶體的電阻率 １８３
４．５ 無機非金屬固體材料的電導 １８６
４．５．１ 玻璃態(tài)電導 １８６
４．５．２ 多晶多相固體材料的電導 １８８
４．５．３ 次級現象 １９０
４．５．４ 固體材料電導混合法則 １９１
４．６ 高分子材料的電導 １９１
４．７ 半導體陶瓷的物理效應 １９２
４．７．１ 晶界效應 １９２
４．７．２ 表面效應 １９５
４．７．３ 塞貝克效應 １９７
４．７．４�。� ｎ結 １９８
４．８ 超導體 ２００
４．８．１ 概述 ２００
４．８．２ 約瑟夫遜效應 ２０１
４．８．３ 超導體的分類 ２０２
４．８．４ 超導體的應用 ２０３
習題 ２０３
５ 材料的磁學性能 ２０６
本章內容提要 ２０６
５．１ 基本磁學性能 ２０６
５．１．１ 磁學基本量 ２０６
５．１．２ 物質的磁性分類 ２０８
５．２ 抗磁性和順磁性 ２０９
５．２．１ 原子本征磁矩 ２０９
５．２．２ 抗磁性 ２１４
５．２．３ 物質的順磁性 ２１５
５．２．４ 金屬的抗磁性與順磁性 ２１７
５．２．５ 影響金屬抗、順磁性的因素 ２１７
５．３ 鐵磁性與反鐵磁性 ２１９
５．３．１ 鐵磁質的自發(fā)磁化 ２１９
５．３．２ 反鐵磁性和亞鐵磁性 ２２０
５．３．３ 磁疇 ２２１
５．３．４ 磁化曲線和磁滯回線 ２２２
５．３．５ 磁致伸縮與磁阻效應 ２２５
５．４ 磁性材料的動態(tài)特性 ２２６
５．４．１ 交流磁化過程與交流回線 ２２７
５．４．２ 磁滯損耗和趨膚效應 ２２８
５．４．３ 磁后效和復數磁導率 ２２９
５．４．４ 磁導率減落及磁共振損耗 ２３１
５．５ 磁性材料及其應用 ２３２
５．５．１ 軟磁材料 ２３３
５．５．２ 硬磁材料 ２３５
５．５．３ 磁信息存儲材料 ２３７
５．５．４ 納米磁性材料 ２３９
習題 ２４０
６ 材料的功能轉換性能 ２４２
本章內容提要 ２４２
６．１ 介質的極化與損耗 ２４２
６．１．１ 介質極化相關物理量 ２４２
６．１．２ 極化類型 ２４４
６．１．３ 宏觀極化強度與微觀極化率的關系 ２４８
６．１．４ 介質損耗分析 ２４９
６．１．５ 材料的介質損耗 ２５３
６．１．６ 降低材料介質損耗的方法 ２５６
６．２ 介電強度 ２５６
６．２．１ 介電強度的定義 ２５６
６．２．２ 固體電介質的擊穿 ２５７
６．２．３ 影響材料擊穿強度的因素 ２５９
６．３ 壓電性能 ２６１
６．３．１ 壓電效應及其逆效應 ２６１
６．３．２ 壓電元件的主要表征參數 ２６３
６．３．３ 壓電陶瓷的預極化 ２６５
６．３．４ 壓電陶瓷的穩(wěn)定性 ２６６
６．３．５ 壓電材料的研究進程 ２６６
６．３．６ 壓電材料及其應用 ２６７
６．４ 熱釋電性能 ２７１
６．４．１ 熱釋電效應及其逆效應 ２７１
６．４．２ 熱釋電材料的表征參數 ２７２
６．４．３ 熱釋電材料 ２７３
６．４．４ 熱釋電材料的應用 ２７５
６．５ 鐵電性 ２７５
６．５．１ 鐵電性的概念 ２７５
６．５．２ 鐵電體的自發(fā)極化 ２７７
６．５．３ 鐵電體的性能及其應用 ２７９
６．５．４ 鐵電體的分類 ２８１
６．５．５ 反鐵電體 ２８２
６．５．６ 鐵電性、壓電性、熱釋電性之間的關系 ２８３
６．６ 熱電性能 ２８３
６．６．１ 熱電效應 ２８３
６．６．２ 熱電優(yōu)值 ２８５
６．６．３ 提高熱電材料性能的方法 ２８６
６．６．４ 熱電材料 ２８７
６．７ 光電性能 ２９０
６．７．１ 光電效應 ２９０
６．７．２ 光電材料及其應用 ２９３
習題 ２９４
參考文獻 ２９６
書單推薦
